利用探地雷达探测采矿进路围岩松动圈

逯富强

(马钢集团姑山矿业有限责任公司)



利用探地雷达探测采矿进路围岩松动圈

逯富强

(马钢集团姑山矿业有限责任公司)

摘要针对和睦山铁矿采矿进路围岩特征，利用探地雷达探测了采矿进路围岩松动圈范围，并就该矿的采矿进路支护提出了建议，为该矿巷道变形破坏特征与机理研究、支护设计与参数选取提供依据。

关键词探地雷达采矿进路围岩松动圈支护设计支护参数

和睦山铁矿采矿进路处于软弱岩层中，主要特征是极软弱、松散和破碎，且软化和矿体粉化现象显著，使得围岩力学特性显著降低，并伴随围岩体的碎胀和膨胀变形，使得无法实施有效的主动支护等加强支护手段，无法形成稳定可靠的主动支护结构，加剧了巷道后期的变形破坏。此外，由于围岩应力调整和岩体的碎胀、膨胀存在一定的滞后性，从而造成已施工的锚网喷巷道锚固体失效，加速了围岩碎胀、膨胀，该类因素相互作用，直至围岩和支护体完全破坏，失去结构性和承载能力。为确定采矿进路围岩松动圈的范围，本研究采用探地雷达[1-2]对采矿进路围岩松动圈进行探测。

1采矿进路围岩变形破坏情况

本研究主要针对和睦山铁矿后和睦山矿段采用无底柱分段崩落采矿法[3]的采矿进路及后观音山矿段采用上向水平进路充填采矿法[4]的采矿进路进行现场调查，并对采矿进路变形破坏特征与地压显现规律进行分析。和睦山铁矿典型的采矿进路破坏形式有：

(1)顶板开裂、垮落。由于采动应力导致顶板受拉，节理开裂并逐渐增大，导致顶板冒落。进路顶板处于矿岩接触带或断层破碎带中，岩性变化较大，处于其中的软弱夹层承载力极低，在剪切应力的影响下，极易发生破坏，并沿剪切滑移线脱落，形成较大的楔形破坏体。

(2)帮部压剪破坏。回采过程中，距回采工作面8～10 m处的进路为应力升高区，该处进路承受矿石崩落向帮部传递的支承压力以及退采过程引起的应力，两者叠加，在数值上可达原岩应力的3倍左右，大大超过了帮部围岩的极限承载能力，导致帮部围岩受剪、挤出。

2采矿进路围岩松动圈探测

2.1探测方法

探地雷达是用于探测地下介质(土层、岩层) 中管线、电缆或其他人工填埋物及空洞、裂隙破碎带、断层的专用仪器，具有无损检测、检测速度快等优点。本研究采用意大利IDS公司生产的RIS-K2探地雷达进行探测，雷达主机与天线如图1所示。

图1　RIS-K2探地雷达主机及屏蔽天线

探地雷达与探空雷达技术相似，也是利用高频电磁脉冲波的反射来探测目标体，是通过研究与分析电磁波在地下介质中的传播规律，查明介质结构、属性、几何形态及其空间分布特征。在和睦山铁矿采矿进路的两帮、顶板及底板布置测线，进行巷道围岩松动圈探测。雷达测线布置沿巷道轴向进行(图2)，雷达采样方式为连续记录。

图2　探地雷达测线布置示意

2.2探测结果及分析2.2.1探测结果2.2.1.1后和睦山矿段采矿进路

后和睦山矿段采矿进路采用锚网喷全断面支护，围岩体基本为粉矿，较软弱。相邻采矿进路均已完成回采，在采动压力作用下，巷道围岩变形破坏严重(顶板与帮部混凝土喷层大面积开裂，钢筋网外露，并在局部有网兜形成)。在采矿进路左帮、右帮各布置了1条测线，共布设了2个测试断面、4条测线，探测结果见图3。

图3　探测剖面

2.2.1.2后观音山矿段采矿进路

后观音山采矿进路采用锚网喷全断面支护，围岩为闪长岩，节理裂隙不太发育，岩性相对较好，巷道围岩变形破坏不严重(顶板与帮部混凝土喷层局部开裂，钢筋网外露)，在掘进过程中，顶板局部有掉块现象，探测结果见图4。

图4　探测剖面

2.2.2探测结果分析

后和睦山矿段、后观音山矿段巷道围岩松动圈探地雷达探测结果统计如表1所示。总体来讲，和睦山铁矿采矿进路围岩松动圈范围较大，基本属大松动圈范围。

表1　围岩松动圈地质雷达探测结果统计

3建议

(1)巷道围岩分类方法研究。基于巷道围岩分类方法，针对矿区具体的工程与地质条件，建立巷道围岩稳定性判据，并与巷道围岩松动圈分类方法相结合，构建科学、简洁、适用性强的巷道围岩稳定性综合分类标准。

(2)基于时效特性软岩采矿进路围岩稳定性控制技术研究。基于FLAC3D数值计算软件，研究不同分层进路开挖与矿体回采过程，分析开挖与回采后围岩应力、位移、塑性区的演化规律，揭示不同回采顺序与采场结构参数对进路稳定性的影响规律，确定合理的采矿顺序与采场结构参数。

(3)开拓与采矿巷道支护技术优化研究。基于巷道围岩分类标准，结合国内外巷道支护理论与技术，开展巷道布置、采矿工艺及支护参数的优化研究。基于不同围岩稳定的时间要求，分类提出合理的支护技术方案，形成巷道支护的技术标准。

参考文献

[1]赵奎，高忠，何文，等.胶结充填体裂缝探地雷达探测与识别研究[J].金属矿山，2014(4)：17-21.

[2]孙祥鑫，何磊，明世祥，等.基于矩阵相似度的探地雷达成果图解译技术[J].金属矿山，2013(10)：106-109.

[3]魏建海，黄兴益，戈超，等.基于PFC2D的无底柱分段崩落法放矿数值模拟[J].现代矿业，2015(12)：30-32.

[4]郎永忠,陈能革.多分层同步上向水平进路采矿法在和睦山铁矿的应用[J].现代矿业，2015(8)：7-10.

(收稿日期2016-01-05)

逯富强(1980—)，男，工程师，243181 安徽省马鞍山市。